光通信研究论文范文

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光纤通信的发展依赖于光纤通信技术的进步。近年来，光纤通信技术得到了长足的发展，新技术不断涌现，这大幅提高了通信能力，并使光纤通信的应用范围不断扩大。

一、我国光纤光缆发展的现状

1.1普通光纤

普通单模光纤是最常用的一种光纤。随着光通信系统的发展，光中继距离和单一波长信道容量增大，G.652.A光纤的性能还有可能进一步优化，表现在1550rim区的低衰减系数没有得到充分的利用和光纤的最低衰减系数和零色散点不在同一区域。符合ITUTG.654规定的截止波长位移单模光纤和符合G.653规定的色散位移单模光纤实现了这样的改进。

1.2核心网光缆

我国已在干线(包括国家干线、省内干线和区内干线)上全面采用光缆，其中多模光纤已被淘汰，全部采用单模光纤，包括G.652光纤和G.655光纤。G.653光纤虽然在我国曾经采用过，但今后不会再发展。G.654光纤因其不能很大幅度地增加光纤系统容量，它在我国的陆地光缆中没有使用过。干线光缆中采用分立的光纤，不采用光纤带。干线光缆主要用于室外，在这些光缆中，曾经使用过的紧套层绞式和骨架式结构，目前已停止使用。

1.3接入网光缆

接入网中的光缆距离短，分支多，分插频繁，为了增加网的容量，通常是增加光纤芯数。特别是在市内管道中，由于管道内径有限，在增加光纤芯数的同时增加光缆的光纤集装密度、减小光缆直径和重量，是很重要的。接入网使用G.652普通单模光纤和G.652.C低水峰单模光纤。低水峰单模光纤适合于密集波分复用，目前在我国已有少量的使用。

1.4室内光缆

室内光缆往往需要同时用于话音、数据和视频信号的传输。并目还可能用于遥测与传感器。国际电工委员会(IEC)在光缆分类中所指的室内光缆，笔者认为至少应包括局内光缆和综合布线用光缆两大部分。局用光缆布放在中心局或其他电信机房内，布放紧密有序和位置相对固定。综合布线光缆布放在用户端的室内，主要由用户使用，因此对其易损性应比局用光缆有更严格的考虑。

1.5电力线路中的通信光缆

光纤是介电质，光缆也可作成全介质，完全无金属。这样的全介质光缆将是电力系统最理想的通信线路。用于电力线杆路敷设的全介质光缆有两种结构：即全介质自承式(ADSS)结构和用于架空地线上的缠绕式结构。ADSS光缆因其可以单独布放，适应范围广，在当前我国电力输电系统改造中得到了广泛的应用。国内已能生产多种ADSS光缆满足市场需要。但在产品结构和性能方面，例如大志数光缆结构、光缆蠕变和耐电弧性能等方面，还有待进一步完善。ADSS光缆在国内的近期需求量较大，是目前的一种热门产品。

二、光纤通信技术的发展趋势

对光纤通信而言，超高速度、超大容量和超长距离传输一直是人们追求的目标，而全光网络也是人们不懈追求的梦想。

(1)超大容量、超长距离传输技术波分复用技术极大地提高了光纤传输系统的传输容量，在未来跨海光传输系统中有广阔的应用前景。近年来波分复用系统发展迅猛，目前1.6Tbit/的WDM系统已经大量商用，同时全光传输距离也在大幅扩展。提高传输容量的另一种途径是采用光时分复用(OTDM)技术，与WDM通过增加单根光纤中传输的信道数来提高其传输容量不同，OTDM技术是通过提高单信道速率来提高传输容量，其实现的单信道最高速率达640Gbit/s。

仅靠OTDM和WDM来提高光通信系统的容量毕竟有限，可以把多个OTDM信号进行波分复用，从而大幅提高传输容量。偏振复用(PDM)技术可以明显减弱相邻信道的相互作用。由于归零(RZ)编码信号在超高速通信系统中占空较小，降低了对色散管理分布的要求，且RZ编码方式对光纤的非线性和偏振模色散(PMD)的适应能力较强，因此现在的超大容量WDM/OTDM通信系统基本上都采用RZ编码传输方式。WDM/OTDM混合传输系统需要解决的关键技术基本上都包括在OTDM和WDM通信系统的关键技术中。

(2)光孤子通信光孤子是一种特殊的ps数量级的超短光脉冲，由于它在光纤的反常色散区，群速度色散和非线性效应相互平衡，因而经过光纤长距离传输后，波形和速度都保持不变。光孤子通信就是利用光孤子作为载体实现长距离无畸变的通信，在零误码的情况下信息传递可达万里之遥。

光孤子技术未来的前景是：在传输速度方面采用超长距离的高速通信，时域和频域的超短脉冲控制技术以及超短脉冲的产生和应用技术使现行速率10~20Gbit/s提高到100Gbit/s以上;在增大传输距离方面采用重定时、整形、再生技术和减少ASE，光学滤波使传输距离提高到100000km以上;在高性能EDFA方面是获得低噪声高输出EDFA。当然实际的光孤子通信仍然存在许多技术难题，但目前已取得的突破性进展使人们相信，光孤子通信在超长距离、高速、大容量的全光通信中，尤其在海底光通信系统中，有着光明的发展前景。

(3)全光网络

未来的高速通信网将是全光网。全光网是光纤通信技术发展的最高阶段，也是理想阶段。传统的光网络实现了节点间的全光化，但在网络结点处仍采用电器件，限制了目前通信网干线总容量的进一步提高，因此真正的全光网已成为一个非常重要的课题。

全光网络以光节点代替电节点，节点之间也是全光化，信息始终以光的形式进行传输与交换，交换机对用户信息的处理不再按比特进行，而是根据其波长来决定路由。

目前，全光网络的发展仍处于初期阶段，但它已显示出了良好的发展前景。从发展趋势上看，形成一个真正的、以WDM技术与光交换技术为主的光网络层，建立纯粹的全光网络，消除电光瓶颈已成为未来光通信发展的必然趋势，更是未来信息网络的核心，也是通信技术发展的最高级别，更是理想级别。

三、结语

光通信技术作为信息技术的重要支撑平台，在未来信息社会中将起到重要作用。虽然经历了全球光通信的“冬天”但今后光通信市场仍然将呈现上升趋势。从现代通信的发展趋势来看，光纤通信也将成为未来通信发展的主流。人们期望的真正的全光网络的时代也会在不远的将来如愿到来。

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一、光波分复用（WDM）技术

光波分复用（WavelengthDivisionMultiplexing，WDM）技术是在一根光纤中同时同时多个波长的光载波信号，而每个光载波可以通过FDM或TDM方式，各自承载多路模拟或多路数字信号。其基本原理是在发送端将不同波长的光信号组合起来（复用），并耦合到光缆线路上的同一根光纤中进行传输，在接收端又将这些组合在一起的不同波长的信号分开（解复用），并作进一步处理，恢复出原信号后送入不同的终端。因此将此项技术称为光波长分割复用，简称光波分复用技术。

WDM技术对网络的扩容升级，发展宽带业务，挖掘光纤带宽能力，实现超高速通信等均具有十分重要的意义，尤其是加上掺铒光纤放大器（EDFA）的WDM对现代信息网络更具有强大的吸引力。

二、WDM系统的基本构成

WDM系统的基本构成主要分双纤单向传输和单纤双向传输两种方式。单向WDM是指所有光通路同时在一根光纤上沿同一方向传送，在发送端将载有各种信息的具有不同波长的已调光信号通过光延长用器组合在一起，并在一根光纤中单向传输，由于各信号是通过不同波长的光携带的，所以彼此间不会混淆，在接收端通过光的复用器将不同波长的光信号分开，完成多路光信号的传输，而反方向则通过另一根光纤传送。双向WDM是指光通路在一要光纤上同时向两个不同的方向传输，所用的波长相互分开，以实现彼此双方全双工的通信联络。目前单向的WDM系统在开发和应用方面都比较广泛，而双向WDM由于在设计和应用时受各通道干扰、光反射影响、双向通路间的隔离和串话等因素的影响，目前实际应用较少。

三、双纤单向WDM系统的组成

以双纤单向WDM系统为例，一般而言，WDM系统主要由以下5部分组成：光发射机、光中继放大器、光接收机、光监控信道和网络管理系统。

1.光发射机

光发射机是WDM系统的核心，除了对WDM系统中发射激光器的中心波长有特殊的要求外，还应根据WDM系统的不同应用（主要是传输光纤的类型和传输距离）来选择具有一定色度色散容量的发射机。在发送端首先将来自终端设备输出的光信号利用光转发器把非特定波长的光信号转换成具有稳定的特定波长的信号，再利用合波器合成多通路光信号，通过光功率放大器（BA）放大输出。

2.光中继放大器

经过长距离（80~120km）光纤传输后，需要对光信号进行光中继放大，目前使用的光放大器多数为掺铒光纤光放大器（EDFA）。在WDM系统中必须采用增益平坦技术，使EDFA对不同波长的光信号具有相同的放大增益，并保证光信道的增益竞争不影响传输性能。

3.光接收机

在接收端，光前置放大器（PA）放大经传输而衰减的主信道信号，采用分波器从主信道光信号中分出特定波长的光信道，接收机不但要满足对光信号灵敏度、过载功率等参数的要求，还要能承受一定光噪声的信号，要有足够的电带宽性能。

4.光监控信道

光监控信道的主要功能是监控系统内各信道的传输情况。在发送端插入本节点产生的波长为λs（1550nm）的光监控信号，与主信道的光信号合波输出。在接收端，将接收到的光信号分波，分别输出λs（1550nm）波长的光监控信号和业务信道光信号。帧同步字节、公务字节和网管使用的开销字节都是通过光监控信道来传递的。

5.网络管理系统

网络管理系统通过光监控信道传送开销字节到其他节点或接收来自其他节点的开销字节对WDM系统进行管理，实现配置管理、故障管理、性能管理、安全管理等功能。

四、光波分复用器和解复用器

在整个WDM系统中，光波分复用器和解复用器是WDM技术中的关键部件，其性能的优劣对系统的传输质量具有决定性作用。将不同光源波长的信号结合在一起经一根传输光纤输出的器件称为复用器；反之，将同一传输光纤送来的多波长信号分解为个别波长分别输出的器件称为解复用器。从原理上说，该器件是互易（双向可逆）的，即只要将解复用器的输出端和输入端反过来使用，就是复用器。光波分复用器性能指标主要有接入损耗和串扰，要求损耗及频偏要小，接入损耗要小于1.0~2.5db，信道间的串扰小，隔离度大，不同波长信号间影响小。在目前实际应用的WDM系统中，主要有光栅型光波分复用器和介质膜滤波器型光波分复用器。

1.光栅型光波分复用器

闪耀光栅是在一块能够透射或反射的平面上刻划平等且等距的槽痕，其刻槽具有小阶梯似的形状。当含有多波长的光信号通过光栅产生衍射时，不同波长成分的光信号将以不同的角度射出。当光纤中的光信号经透镜以平行光束射向闪耀光栅时，由于光栅的衍射作用，不同波长的光信号以方向略有差异的各种平行光返回透镜传输，再经透镜聚焦后，以一定规律分别注入输出光纤，从而将不同波长的光信号分别以不同的光纤传输，达到解复用的目的。根据互易原理，将光波分复用输入和输出互换即可达到复用的目的。

2.介质膜滤波器型光波分复用器

目前WDM系统工作在1550nm波长区段内，用8，16或更多个波长，在一对光纤上（也可用单光纤）构成光通信系统。其波长与光纤损耗的关系见图4。每个波长之间为1.6nm、0.8nm或更窄的间隔，对应200GHz、100GHz或更窄的带宽。

五、WDM技术的主要特点

1.充分利用光纤的巨大带宽资源，使一根光纤的传输容量比单波长传输增加几倍到几十倍，从而增加光纤的传输容量，降低成本，具有很大的应用价值和经济价值。

2.由于WDM技术中使用的各波长相互独立，因而可以传输特性完全不同的信号，完成各种信号的综合和分离，实现多媒体信号混合传输。

3.由于许多通信都采用全双式方式，因此采用WDM技术可节省大量线路投资。

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1．1教学方法三维可视化为了解决大学生在学习过程中理解困难和前沿性的科研促教中缺乏实验条件验证的教学问题［3］，教学团队将物理建模思想应用于教学实践中，通过三维可视化仿真，使复杂、抽象、烦琐的理论模型变得直观、具体、明了．例如:针对“空间光通信创新实验”课程中的光学天线设计及光传输、激光雷达成像和光子晶体光纤光传输等进行了三维动态可视化仿真．在对前沿性的科研促教中缺乏实验条件验证的情况下，拟采用理论建模与仿真验证方法来实现．

1．2创新实践自主化为了解决自主创新实践能力训练不足的教学问题［4］，教学团队将光通信、微波光子学等交叉学科前沿技术与创新实践相结合，构建了“空间光通信”开放式创新实践平台，建设了综合型、设计型、创新型的开放式专业实验室．依托开放式创新实践平台，开展了大学生自主研究型学习，着力加强大学生自主创新实践能力的培养［5，6］．加强科研促教，拓展创新思维，在“985高校”大学生创新训练计划支持下，实施了创新设计项目40余项．依托科研项目把学生带到学术前沿，进行了形式多样的学术研讨:教授、副教授、博士、硕士、本科生分别定期做主题报告、分组讨论、网上论坛、参加国际国内会议和暑期夏令营等方式促进学术交流，形成良好的学术氛围．学生在开放式专业实验室里自主进行理论建模、仿真设计与实验验证，在规定时间内撰写学术论文等，开展了大学生自主创新能力的培养模式．

1．3多元化的教学评价体系为了解决传统评价方式缺乏对创新实践、仿真设计与课程论文等环节的评价的教学问题［7，8］，教学团队将理论考试和平时成绩相结合，实验操作与自主创新实践相结合，理论建模仿真与课程论文相结合，构成了多元化的评价体系．例如:把理论考试成绩所占的比例下调到60%，而课程论文的比例上升到40%，通过创新项目和课程论文等方式评价学生的学习;通过课程论文答辩方式，依据“假设的合理性、建模的创新性、结果的准确性、表达的清晰性”进行综合评定，实现从应试教育到素质教育的观念性转变．引领学生朝着有利于自身全面发展的方向努力．

1．5开放式教学资源建设为了解决传统教学资源不足的问题，教学团队加强了师资队伍的建设，进行了广泛的国际、国内教学研讨和学术交流．重点建设了丰富的数字化网络资源平台网络课程含教学录相、典型实例、创新设计系列实验教案、经典物理问题、及在线实践编程等模块;适时引入在线答疑、网络论坛及现场演示与讨论等交互式教学形式，形成了模块化、交互式、开放式教学资源平台．

2改革与实践的探索

实例1大学生在牛顿式光学天线系统测试平台(图1)上做的部分实验内容:图2为接收光斑实验测试，图3为利用光束质量诊断仪器测试光斑．通过三维可视化仿真，使复杂、抽象、烦琐的空间光通信系统中的激光传输理论模型变得直观、具体、明了，解决大学生在学习过程中理解困难的教学问题(大学生创新实验设计项目)。例如:老师们课堂上在讲解光子晶体的应用———布拉格光纤光传输特性时，就采用了仿真验证手段．通过详细举例以此来鼓励学生启迪思维、大胆创新设计、勇于实践．以下是学生们根据题目的要求，在老师的指导下做的部分仿真结果图．实例2等周期结构的布拉格光纤仿真(见图4—图6)．实例3空间光通信系统激光传输特性仿真(见图7—图8)．实例4波动方程的(动态)三维可视化(见图9)．图9波动方程(动态)三维可视化图形实例5平面波用柱面波形式展开(见图10)．图10平面波展开为柱面波仿真结果图形以上是具有代表性的大学生创新实验设计．“缺陷的光子晶体在偏振分束器等光学器件中的应用”(大学生参与者:黄鹤、刘天骄、陈逸舟)被学校推荐为2010年国家级大学生创新性实验计划项目;“推帚式激光雷达三维成像创新设计”(大学生参与者:谢国洋、顾大超、童磊)被学校推荐为2011年国家级大学生创新性实验计划项目．通过这种创新事例，能很好地锻炼和培养大学生的创造能力，大大激发了学生的创新欲望和学习兴趣．

3改革的实施成果

该课程未实行教学改革以前，我们实行的是传统教学模式(理论教学+笔试成绩+实验成绩)，教学成果不理想．自从2009年本教学团队开展了对“空间光通信创新实验”课程教学研究型改革与实践的探索以来，特别是加强了针对“空间光通信创新实验”课程中的创新实践平台及《数学物理方法与仿真》、《光学天线设计》、《空间光通信创新设计实验》3本教材的重点建设．建立了1个基于大学生创新基地的空间光通信工程技术研究中心;并依托这个创新实践平台，开展了一系列的教学和科研项目．1)研发了十余个综合创新设计实验，例如:“卡塞格伦光学天线系统的光传输特性分析实验”、“光纤损耗与光纤耦合实验”、“激光准直与多波长光学天线传输实验”、“无线激光大气通信实验”等;2)2012年数学物理方法、三维可视化仿真及创新实践的“三位一体”教学模式改革获电子科技大学教学改革成果一等奖;3)教改项目:2009年“数学物理方法”教学研究与精品课程建设”，2010年“数学物理方法精品课程教学团队建设与改革”;4)团队教师指导大学生创新基金项目40余项，指导大学生40余篇(SCI收录6篇);5)开展了一系列高水平的科研项目，获得了国家自然科学基金项目2项，国家自然科学青年基金项目3项以及横向建设项目等;6)2011年建设了电子科技大学第一座2．0kW单晶硅太阳能发电站，并实现并网发电，以作为大学生新能源创新课题教学示范所用．7)发表教研论文20余篇、科研论文100余篇．取得了显著的教学成果，形成了交叉性学科前沿与创新实践相结合的人才培养模式．(教改前后对比情况见表1)．

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主管单位：武汉邮电科学研究院

主办单位：武汉邮电科学研究院

出版周期：双月刊

出版地址：湖北省武汉市

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种：中文

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本：大16开

国际刊号：1005-8788

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创刊时间：1975

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中文核心期刊(2004)

中文核心期刊(2000)

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篇5

一、引言

与普通光源相比，可见光LED有能量损耗低、高亮度、高可靠性和寿命长等许多优点，可见光LED还因其高速调制特性已被应用在可见光通信中（visible light communication，VLC），相比于射频无线通信技术，VLC技术有无需申请频带、无电磁干扰、发射功率高、安全性好和造价低等优点。

目前VLC技术已成为国内外研究的热点，研究过程中，对可见光通信信号的研究与分析是必不可少的。信号的分析分为时域分析和频域分析两个方面。时域分析是以时间为自变量描述物理量的变化的过程，是信号最基本、最直观的表达形式，也是真实世界惟一实际存在的域，因而在时域上对信号进行分析必不可少。频域分析的目的是把复杂的时间历程波形，经过傅里叶变换分解为若干单一的谐波分量来研究，得到动态信号中的各个频率成分和频率分布范围，求出各个频率成分的幅值分布和能量分布，从而给出主要幅度和能量分布的频率值，进而可以对信号的信息作定量解释。本文主要研究可见光通信信号的时域和频域分析算法及硬件实现，并对所设计的信号分析仪进行实验和仿真对比。

二、信号分析仪的设计

LED是单色光源，不能产生包含所有可见光谱的白色光。现在普遍使用的白色LED利用蓝光LED激发荧光粉形成白光。

分析仪采用脉冲形式的波形作为传输信号，用脉冲重复周期为250ns，脉冲宽度为20ns的信号进行时域脉冲响应分析时，接收端的的脉冲宽度为77ns。经过VLC信道后，脉冲被展宽非常明显。

考虑到经过VLC信道后脉冲被展宽，会在信号速率很高时产生码间干扰等因素，对可见光通信信号分析仪设定了参数指标要求：支持测试波段：380nm～780nm，支持VLC信号频率：0Hz～200KHz，数据分析刷新速度≥1次/s.

三、快速傅里叶变换

设定被采样信号的频率为10KHz、占空比为50%的方波信号，为了不失真地恢复模拟信号，由香农采样定理可知，采样频率需大于信号频率的两倍，设定信号分析仪的采样率为45KHz。

信号频率和采样频率关系式为：Fn=（n-1）*Fs/N

其中Fn为某点n的频率，Fs为采样频率，N为采样点数。为了保证精度并使得计算方便，设定每次采样的采样点数为1024。

在进行时域分析时，采样1024个点，采样值存到数据类型为int型、长度为1024的AD_Buffer[]数组中，计算1024个点的平均值作为时域显示的触发电平（AD_Level）。同时满足下面三个条件的点i作为触发点：

板载液晶屏为800*480的分辨率，进行横屏显示时，由于像素点个数的限制，在液晶屏上显示从点i开始的连续635个像素点组成的波形图。

进行频域分析时，首先对1024个采样点进行快速傅里叶变换，然后把各频率点所对应的模值存储到数组中。用635个像素点对1024个采样点进行频域显示，为了更为直观的显示信号的频谱特性，采用柱形图的方式进行显示。这里设S为每个数据显示占用的像素个数，L为可用像素点数，为635个，需要显示的频谱个数D=S/L，那么：Output[j]=

其中Output[j]为得到的要显示的幅值，j，P为需要求平均的个数，P=H/D。快速傅立叶变换结果具有对称性，只需使用前半部分的变换结果，也就是小于采样频率一半的结果，取H=512。Output值的柱状显示即为信号的频域显示。

四、仿真和实验

被采样信号是频率为10KHz、占空比为50%的方波信号。通过可见光通信信号分析仪对信号进行采样，并通过串口调试助手传输采样数据到matlab，顺序取1024个数据中的300个绘制成时域波形图，如图1所示。

图1中信号时域显示的数据来自于可见光通信信号分析仪，在可见光通信信号分析仪上的时域图形和matlab所绘制的是一致的。

调用matlab中的快速傅里叶变换函数对串口调试助手传输的1024个数据做FFT变换，变换结果如图2所示。理论上10KHz方波的FFT变换的频率分布应该只有10KHz、30KHz、50KHz等谱线，由于频谱混叠现象的存在，图2中出现频率为5KHz、15KHz、25KHz等谱线。实验的采样率为45KHz，10KHz方波信号的3次谐波频率为30KHz，5次谐波频率为50KHz，由奈奎斯特定理可知，采样频率必须为信号最高频率的两倍以上，否则会出现频谱混叠现象，而理论上，方波的谐波次数是无限的，这里考虑到该实验只是作为验证性实验，目的是和可见光通信信号分析仪的频谱显示做对比，所以暂不考虑谐波的影响。

利用串口调试助手，直接将通过可见光通信信号分析仪进行FFT变换后的1024个数据在matlab上进行绘图显示，考虑到液晶屏的像素点有限，为了清晰显示FFT变化的结果，在可见光通信信号分析仪上对采样信号经过FFT变化后的幅值做了*处理，如图3所示。与图2比较可以看到，可见光通信信号分析仪的频域信号显示和matlab仿真结果基本一致，略有差异是由于stm32f407的数据处理精度和matlab的处理精度不一致造成。

五、结论

通过上述分析，可以看出采用本文提出的算法能够实现可见光信号的时域和频域分析，在对可见光信号进行直观显示的同时还可以做信息的定量分析，而且该算法对硬件要求不高，易于实现，有利于在小型集成设备上实现可见光信号的时频域分析和显示，方便可见光通信的研究。

参 考 文 献

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主管单位：信息产业部

主办单位：信息产业部电信科学技术第五研究所

出版周期：双月刊

出版地址：四川省成都市

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种：中文

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本：大16开

国际刊号：1673-5137

国内刊号：51-1692/TN

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发行范围：国内外统一发行

创刊时间：1975

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中图分类号：TN929.1 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）10-0021-02

光通信是以光波为载体的进行的通信。在此通信系统中电光调制技术占着很重要的地位，电光调制的作用是将电信号加载到光波上进行信号在发射端无失真的传输。在电光调制中电光驱动器是给电光调制器提供驱动电压的。信号能否无失真的传输出去，完全依赖于电光调制器及其驱动器的综合性能，所以要对驱动器的性能进行多方位设定使得调制器工作在最佳的状态。

1 电光调制器调制方式

直接调制和间接调制依据光源和调制的关系划分的。

1.1 直接调制

直接调制就是在光通信系统中用电源调制的一种办法，该调制方法是利用电流来驱动半导体激光器或发光二极管，从而达到信息以光信号的方式传输。在整个调制过程中，传输距离会因光纤具有色散效应及展宽传输谱等受到影响。我们在用激光远距离通信时，它必须具有相当高的输出功率才能实现，事实上相比其他调制直接调制的输出功率是比较小的，很难实现远距离的传输需求，虽然该方法简单易实现，应用范围不是很广。

1.2 间接调制

在光调制系统中外调制方式就是在形成激光后加载到调制器上。该调制是在激光器的谐振腔外边放置电光调制器，当把调制信号加载到调制器上时，处在电场中的调制器，将会发生某些物理特性的变化。这种调制方法应用范围很大。从调制速率上这种调制速率比较快，所以在实际的激光通信应用中常应用该方式。

2 电光调制器的工作原理

电光效应是电光调制器的依据。我们所说的电光效应是指某些各向同性的透明物质在电场作用下显示出光学各向异性，折射率在外加电场的作用下而发生变化的一种物理现象。

我们一般可用下面的公式进行表达：

aE为线性电光效应，为二次电光效应。二次电光效应是可以忽略不计的是因为对大部分晶体是很不明显得。电光调制的过程就是电光效应的基础上来实现对光束的调制，这种调制方式可以分为强度调制和相位调制。相位调制是利用调制信号的相位来使得信号进行无失真传输的，它的重要组成部分是起偏器和电光晶体。在激光通信中对光束调制大部分是利用强度调制进行的调制，由于接受的光强变化大部分都受到接收器的影响。

本文主要是从相位电光调制器原理介绍自动增益控制原理，如图1所示。

在调制器电极间加一场强为E的电场，偏振态分别设为沿x方向和沿z方向，线性偏振光相位的变化应该为如下式的关系：

铌酸锂晶体中寻常光折射率表示和非常光为折射率表示为，为了得到较大的电光效应，x方向为位调制器偏振的方向。如果波导层很薄，我们把加载到电极上面的电压与电极之间电场之间的关系可以表示：

当入射光的偏振方向为x方向，把（2-3）式代入（2-1）式可得

通过上式我就可以得出与变化关系，是随着时间的变化而变化的电信号，这样就可以实现相位调制。如果相位的变化量为π那么需要加载的电压为半波电压，可以得到半波电压的表达式为

这样相位调制器的半波电压就可以用器件和晶体的参数表示出来，事实上相位调制器的半波电压我们通常是通过直接测量来得到的。由（2-4）和（2-5）式得到光相位的改变量为与电信号的关系表达式如下

3 自动增益控制电路原理

调制器只有工作理想的半坡电压才能把信号无失真的输出，在实际的光通信中，必然会受到外界环境的影响例如温度、高频连续波信号都会对晶体的电介质产生影响，这样会使的电光调制器的调制特性发生变化，从而导致调制信号的畸变。所以我有必要提出更好的电光调制方法。

本文重点研究激光通信系统中电光增益自动控制系统，即通过设计一个自动增益控制系统来控制电光调制器的输入信号。来使得加载到电光调制器上的电压始终为所需要的半坡电压，从而保证信号可以无失真的传输出去。我们就需要设计加对电光调制器上的电压进行实时监测和控制使得加载的电压严格的保持在半坡电压，这样就可以实现信号的无失真的传输出去了。图2为原理总体框图。

其中包括以下几个核心部分采用Photile公司的MPX-LN-5型芯片作为系统的相位调制器，典型带宽5GHz，波长在1550 nm。应用时如果调制带宽是5GHz，射频输入RF-IN电压至少放大到7V，因为此时典型半波电压为7V。还包括驱动器来实现对信号的放大，增益电路控制来实现对驱动器输出信号的判断形成一个反馈电路，然后通过驱动放大电路放大到合适的幅度也就是调制器的半波电压再加载到调制器上来实现对光信号的调制。自动增益控制电路可以让输入数据信号幅度不同，当通过驱动模块时，它的增益会使得加载到调制器上的信号幅度仍然为半坡电压的幅度，这样就会保证了调制器上的加载电压为半坡电压从而到达信号的无失真传输出去。 总之就是自动增益控制电路是利用的RF驱动自动增益模块的反馈来实现的对电压增益控制的，来实现对数字信号不同程度的放大。

4 系统测试结果

最后通过搭载通信系统进行实验测试，我们分别测试了取输入电压100mv，200mv，300mv.....1000mv等数据进行了测量，由于驱动放大器的一般增益为28dB，我们通过实现可以知道当信号幅度小于越300mv时，信号都不能到达半坡电压。

参考文献

[1]吴刚.DWDM网络中DPSK调制器的高频性测试研究[D].北京邮电大学，2013.

[2]赵志儒.电光调制器自动增益和自动偏置控制系统[D].北京邮电大学，2010.

[3]包小斌.高速电光相位调制器的高频性测试实验[D].电子科技大学，2013.

篇8

近年来，光纤通信技术得到了长足的发展，新技术不断涌现，这大幅提高了通信能力，并使光纤通信的应用范围

不断扩大。

一、我国光纤光缆发展的现状

（一）普通光纤

普通单模光纤是最常用的一种光纤。随着光通信系统的发展，光中继距离和单一波长信道容量增大，G.652.A光纤的性能还有可能进一步优化，表现在1550rim区的低衰减系数没有得到充分的利用和光纤的最低衰减系数和零色散点不在同一区域。符合ITUTG.654规定的截止波长位移单模光纤和符合G.653规定的色散位移单模光纤实现了这样的改进。

（二）核心网光缆

我国已在干线(包括国家干线、省内干线和区内干线)上全面采用光缆，其中多模光纤已被淘汰，全部采用单模光纤，包括G.652光纤和G.655光纤。G.653光纤虽然在我国曾经采用过，但今后不会再发展。G.654光纤因其不能很大幅度地增加光纤系统容量，它在我国的陆地光缆中没有使用过。干线光缆中采用分立的光纤，不采用光纤带。干线光缆主要用于室外，在这些光缆中，曾经使用过的紧套层绞式和骨架式结构，目前已停止使用。

（三）接入网光缆

接入网中的光缆距离短，分支多，分插频繁，为了增加网的容量，通常是增加光纤芯数。特别是在市内管道中，由于管道内径有限，在增加光纤芯数的同时增加光缆的光纤集装密度、减小光缆直径和重量，是很重要的。接入网使用G.652普通单模光纤和G.652.C低水峰单模光纤。低水峰单模光纤适合于密集波分复用，目前在我国已有少量的使用。

（四）室内光缆

室内光缆往往需要同时用于话音、数据和视频信号的传输。并目还可能用于遥测与传感器。国际电工委员会(IEC)在光缆分类中所指的室内光缆，笔者认为至少应包括局内光缆和综合布线用光缆两大部分。局用光缆布放在中心局或其他电信机房内，布放紧密有序和位置相对固定。综合布线光缆布放在用户端的室内，主要由用户使用，因此对其易损性应比局用光缆有更严格的考虑。

（五）电力线路中的通信光缆

光纤是介电质，光缆也可作成全介质，完全无金属。这样的全介质光缆将是电力系统最理想的通信线路。用于电力线杆路敷设的全介质光缆有两种结构：即全介质自承式(ADSS)结构和用于架空地线上的缠绕式结构。ADSS光缆因其可以单独布放，适应范围广，在当前我国电力输电系统改造中得到了广泛的应用。ADSS光缆在国内的近期需求量较大，是目前的一种热门产品。

二、光纤通信技术的发展趋势

对光纤通信而言，超高速度、超大容量和超长距离传输一直是人们追求的目标，而全光网络也是人们不懈追求的梦想。

（一）超大容量、超长距离传输技术波分复用技术极大地提高了光纤传输系统的传输容量，在未来跨海光传输系统中有广阔的应用前景。近年来波分复用系统发展迅猛，目前1.6Tbit/的WDM系统已经大量商用，同时全光传输距离也在大幅扩展。提高传输容量的另一种途径是采用光时分复用(OTDM)技术，与WDM通过增加单根光纤中传输的信道数来提高其传输容量不同，OTDM技术是通过提高单信道速率来提高传输容量，其实现的单信道最高速率达640Gbit/s。仅靠OTDM和WDM来提高光通信系统的容量毕竟有限，可以把多个OTDM信号进行波分复用，从而大幅提高传输容量。偏振复用（PDM）技术可以明显减弱相邻信道的相互作用。由于归零（RZ）编码信号在超高速通信系统中占空较小，降低了对色散管理分布的要求，且RZ编码方式对光纤的非线性和偏振模色散（PMD）的适应能力较强，因此现在的超大容量WDM/OTDM通信系统基本上都采用RZ编码传输方式。WDM/OTDM混合传输系统需要解决的关键技术基本上都包括在OTDM和WDM通信系统的关键技术中。

（二）光孤子通信。光孤子是一种特殊的ps数量级的超短光脉冲，由于它在光纤的反常色散区，群速度色散和非线性效应相互平衡，因而经过光纤长距离传输后，波形和速度都保持不变。光孤子通信就是利用光孤子作为载体实现长距离无畸变的通信，在零误码的情况下信息传递可达万里之遥。

光孤子技术未来的前景是：在传输速度方面采用超长距离的高速通信，时域和频域的超短脉冲控制技术以及超短脉冲的产生和应用技术使现行速率10~20Gbit/s提高到100Gbit/s以上；在增大传输距离方面采用重定时、整形、再生技术和减少ASE，光学滤波使传输距离提高到100000km以上；在高性能EDFA方面是获得低噪声高输出EDFA。当然实际的光孤子通信仍然存在许多技术难题，但目前已取得的突破性进展使人们相信，光孤子通信在超长距离、高速、大容量的全光通信中，尤其在海底光通信系统中，有着光明的发展前景。

（三）全光网络。未来的高速通信网将是全光网。全光网是光纤通信技术发展的最高阶段，也是理想阶段。传统的光网络实现了节点间的全光化，但在网络结点处仍采用电器件，限制了目前通信网干线总容量的进一步提高，因此真正的全光网已成为一个非常重要的课题。

全光网络以光节点代替电节点，节点之间也是全光化，信息始终以光的形式进行传输与交换，交换机对用户信息的处理不再按比特进行，而是根据其波长来决定路由。

目前，全光网络的发展仍处于初期阶段，但它已显示出了良好的发展前景。从发展趋势上看，形成一个真正的、以WDM技术与光交换技术为主的光网络层，建立纯粹的全光网络，消除电光瓶颈已成为未来光通信发展的必然趋势，更是未来信息网络的核心，也是通信技术发展的最高级别，更是理想级别。

三、结语

光通信技术作为信息技术的重要支撑平台，在未来信息社会中将起到重要作用。虽然经历了全球光通信的“冬天”但今后光通信市场仍然将呈现上升趋势。从现代通信的发展趋势来看，光纤通信也将成为未来通信发展的主流。人们期望的真正的全光网络的时代也会在不远的将来到来。

参考文献：

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所以，这位在国际学术刊物上发表近百篇学术论文、在日本和美国取得二十余项专利、在世界光通信研究领域的年轻“老”专家，才会“下海”去日本和美国的多个公司任职。

所以他才会在一天早上起来后一拍脑门：何不自己去大干一场！

所以他的公司一创立就拿到了第一期800万美元的投资。

学者生活――淡泊人生

夏日傍晚，在北京海淀黄庄一家咖啡馆的二楼，一个穿着休闲装的男子坐在角落里，背靠大门，悠闲地喝着矿泉水。第一感觉告诉我，他就是史朝翔。

自报家门后，史朝翔对我笑了笑：“对不起，白天确实太忙。”

史朝翔给我的第一印象没有什么特别之处，而谈起话来的史朝翔却是另一番模样：滔滔不绝，神采飞扬。没有故作姿态的深沉，没有刻意的言语修饰，眼神中一会儿流露出孩子的天真．一会儿流露出胸无城府的真诚。我想，这就是史朝翔的魅力，也是他的成功所在。

采访史朝翔，感觉很惬意。就像和老朋友聊天，亲切、轻松、自然。

史朝翔是一个随性的人。他从不给自己制定什么目标，逼迫自己去取得什么成功。“记得小时候，我的玩儿心可大了。偷瓜，摸鱼，上树，沙丘下挖窑洞……能想出来的一切调皮把戏我全玩儿遍了。”史朝翔说他的玩儿和别的孩子不同，很忘我，把自己所有的聪明才智都发挥出来了。他做的事情都是自己喜欢的。也正因为喜欢，他才投入。而投入后的执着与认真是他小时候玩儿出来的“后遗症”。

对史朝翔来说，做自己喜欢的事，再难也不觉得苦，反而更激发了他做到底的决心，一如小时候做数学题。大学毕业后，光通信是他的最爱。史朝翔当时的理想很单纯．就是在大学当教授，从事他钟爱的光通信研究。于是，他一路按着这个想法走来。

从北京邮电大学的本科生到研究生，这期间，他荣列第二届中国青年科技奖获奖者名单，被美国的《美国光学学会志》和《光学快报》聘为论文评审人……此时的他，可谓是少年学者，意气风发。

提到自己今天取得的成就．史朝翔说离不开一个人，那就是他的恩师――大越孝敬。读研究生时，在一次国际会议上史朝翔认识了大越孝敬。这个领域的人都知道．大越孝敬是“世界相干光通信之父”，日本东京大学高技术研究中心的奠基人。大越问他想不想到日本留学?他说，想。“那你能拿到奖学金吗?”大越问。他说：“不可能。”于是，爱才的大越孝敬帮史朝翔申请了日本政府(文部省)奖学金。这个奖学金，东京大学一年只有一个名额。就这样，1991年，史朝翔东渡日本，开始了在东京大学的博士生涯，向光通信领域新的高峰攀登。

1996年，初衷未改的史朝翔赴美国密歇根安娜堡大学，继续光孤子通信研究。

就这样，在长达十几年的研究工作中，史朝翔在国际学术刊物上发表近百篇学术论文，在日本和美国取得二十余项专利。在世界光通信研究领域，史朝翔是一位名副其实的年轻“老”专家。

史朝翔本想一辈子就这样研究下去。然而，一件事情的发生改变了他的想法。这之后，他结束了学者生活，进入世界著名的大公司，与这个充满竞争同时也充满希望的社会开始了亲密接触。

1996年是光通信行业腾飞的一年，贝尔实验室的一批年轻人率先走了出来，成立了公司，自己创业。这时的史朝翔内心充满矛盾。一方面他仍希望在大学里继续搞研究，另一方面美国某些学者只知道变着方法搞钱而不注重纯学术研究的风气使他很不适应。经过一番权衡，他选择了离开，进入美国的日立公司，做10G的WDM光传输系统设计。

从此，史朝翔的人生掀开了崭新的一页这一年，他33岁。

公司生涯――厚积薄发

在硅谷，史朝翔印象最深刻的是他接触了很多著名的精英人物，比如美国Sun公司的创始人――Vnold Kosla。他们所经历的那种打工・创业・投资――用自己拥有的财富去成就一个他们认为有前途的行业――这种硅谷的发展模式．深深地融入了他的血液。

从美国日立公司到美国Sprint公司的中央研究所，史朝翔都干起来得心应手，心情愉快。如果就此下去，史朝翔的生活会很安逸、舒适。

可是慢慢地，史朝翔发现，在这些所谓的国际知名大公司，个人的价值很难体现出来。它的运行靠的是一种惯性，是维持而不是创新。每个人在里边都是一粒无关紧要的棋子，可有可无，棱角很快就被磨没了。这样的工作不是史朝翔想要的。

就在他困惑的时候，发生了一件震动硅谷的事情，对史朝翔的冲击很大，他开始重新思考自己的未来。

1999年，思科以70亿美元的高价收购了一个创业公司――Cerent。一夜之间，Cerent的所有员工都成了百万富翁。也就是从这时起．美国的大公司开始纷纷留不住人了。史朝翔也不断地问自己：我在这儿混什么?我到底想要什么?为什么不趁自己年轻出去闯一闯?外面的世界也许无奈，但也许很精彩。我为什么不去试一试?

这时史朝翔又想起了自己刚到硅谷，当一家只有二三十人的小公司热情地邀请他加入，并向他详细地介绍了他们的产品、资金和会被成功收购的前景时，他莫名其妙地问对方：“那收购以后你们干吗?“人家像看外星人似的看着他说：“有了钱，你愿意干什么都可以。到时候成功了，你还担心什么?”史朝翔不理解，觉得他们的理论很滑稽，最终去了响当当的Sprint。两年后，这家小公司如愿被收购，史朝翔也终于明白了硅谷的游戏规则。

此后的几年中，史朝翔先后换了好几家公司。职位也一次比一次高起来：从总设计师到技术总监、技术副总裁，他一步步地实现着自己的价值。从一个以前只知道搞研究、设计的学者，到后来参与产品最初的融资、定项、选型、材料的选择，以及测试、销售等整个过程，史朝翔获益非浅。虽然比大公司辛苦得多，但史朝翔乐在其中。此时的他，正慢慢地走进硅谷，走近成功。

这段时间里．史朝翔深切地体会到了什么是硅谷精神。他说：“硅谷其实是一个很悲壮的地方。很多人向往，很多有雄心壮志的技术人才都集中在这里。无数人在这里跌倒，当你第二天睁开眼睛，会发现很多公司一夜间倒闭了。但他们不怕失败，倒下了找机会再爬起来。爬起来又倒下了，再找机会东山再起。”

正是这种不屈不挠、永远不灭的斗志，造就了硅谷，造就了一批批的成功人士．也造就了史朝翔。

创业成功――梦想起飞

史朝翔喜欢梦想。小时候，全家随军到了新疆。他听大人说江南很美。于是有一天，他独自一人偷偷扒上火车奔向了南方。毕竟年龄小，火车走了几站，不到十岁的史朝翔害怕了，又扒车回来了。人虽然回来了，可他的心依然渴望着，坚信有一天会梦想成真。正是年少时这种对梦想的执着，造就了史朝翔后来创业时不屈不挠的精神。

2002年的一天，在一次国际会议上，史朝翔遇到了以前在日立工作时的一个同事。那时光通信行业正走入低谷，同事劝他回日立，而他此时满脑子想的都是如何为公司融资，于是他向对方讲述他所在公司的前途，希望日立投资做合作伙伴。日立方面也表现出了兴趣。突然有一天早上起来，史朝翔望着湛蓝的天空，一个念头在不觉中冒了出来：我为什么不自己干，成立自己的公司?

这个想法把史朝翔自己吓了一跳，也着实让他兴奋不已。他不敢肯定自己的这个想法是否能实现，但就像儿时上树搭窝睡觉、扒火车回老家一样，他一定要试试。

没有一兵一卒，史朝翔孤身一人开始了创业的融资游说。“现在回想起来，那是最艰难的9个月。”史朝翔不无感慨地说，“我要做的就是怎么能够说服这些大公司来给我投资。”

史朝翔首先面对的是这些国际知名公司的技术和市场负责人。因为有了在这个领域工作多年的经验以及对高端技术的准确把握，史朝翔胸有成竹地告诉他们自己拥有什么，能够克服其他公司的什么弊端，能够给投资商带来什么收益等等，让他们觉得投资给自己，回报率会很高。当然，说服这些人只是万里刚刚走完了第一步，还远远不够。第二步，技术和市场负责人会拿着史朝翔给他们的信息材料去询问公司的大客户，问他们是否需要，是否感兴趣?这一关通过了，紧接着就要进入最艰难也是最关键的考验。这些技术和市场负责人拿着史朝翔的资料一一向财务、技术、市场等相关部门的副总裁汇报。他们会提出诸如为什么要给他投资、将来在财务上怎么控制、你怎么知道他这个产品有市场卖点等问题。如果其中有一个人不同意，就会被pass掉。

“单纯的拥有技术是远远不够的，要懂得如何去和别人沟通，交流．让对方相信你，最终成为你的合作伙伴，这才是最重要的。”史朝翔如是说。

经过9个月的努力，史朝翔在焦急的等待中迎来了好消息。日本日立、住友、三井和美国、欧洲的两家公司同意注资，一期投资额800万美元。2002年底，新普矽谷科技有限公司(CNMPNetworkslnc．)组建，控股公司设在日本，研发、生产实体分别设在美国硅谷和中国北京的中关村，形成了一个中国、日本、美国三位一体的跨国公司结构。

“这是资源整合的一个最佳定位。”史朝翔不无得意地说。因为公司的主要投资商都在日本，而且新普矽谷科技有限公司准备在日本上市，所以母公司设在日本，既便于财务管理，又方便包装上市。之所以把研发公司设在硅谷，是因为世界上最先进的通信技术和顶尖人才都集中在那里，公司能够及时获取最新的信息和研究成果，保证在产品的研发上始终走在世界前列。而把生产业务放在中国，主要考虑到降低成本问题。与此同时，也给国内的相关企业带来了了解国际市场、技术走向、信息与交流的机会。而且，史朝翔把资金和市场带回国，把订单给了国内的几家公司，带动了他们的就业。

篇10

    从20世纪90年代初以来,全球向信息密集的工作方式和生活方式的转变,推动了通信技术的发展。然而,在当今经济技术知识爆炸的时代,随着行业及社会对信息需求的不断增长和应用的不断深化,只有实现通信系统在技术科技方面不断更新,加快通信系统向网络化、服务化、体系化与融合化方向的演进,才能突显通信系统在社会生活领域支撑引领的作用和地位,创造更好的发展空间。本文笔者结合工作实践,主要探讨了现代高新技术在有线通信系统和光通信系统中的应用。

    1、分数阶Fourier变换技术在有线通信系统中的应用

    有线通信是利用电线或者光缆作为通讯传导的通信形式,它通过对现有各类网络进行技术改造,与下一代新建网络互通和融合,成为现代通信系统的重要支柱。然而,在有线通信信道中存在各种噪声,如果不对其进行处理则会使误码率增加。因此,要消除不理想信道和噪声对信号的影响,必须应用新技术。分数阶Fourier变换(FRFT)的通信技术原理是以线性调频信号(chirp)作为调制信号,利用线性调频信号在分数阶里变换域的能量聚焦特性,通过接收机进行路径分集接收抑制有线通信信道多途效应所产生的码间干扰,从而提高系统的抗噪声干扰和频率选择性衰减的能力。具体应用程序如下:

    1.1信号检测与参数估计

    分数阶Fourier变换作为一种新型的线性时频工具,其实质是信号在时间轴上逆时针旋转任意角度到U轴上的表示(U轴被称为分数阶Fourier(FRF)域),而该核是U域上的一组正交的chirp基,这就是分数阶Fourier变换的chirp基分解特性。所以,在适当的分数阶Fourier域中,一个chirp信号将表现一个冲击函数,即分数阶Fourier变换过程中,某个分数阶Fourier域对应的chirp信号具有很好的能量聚焦性,而这种能量聚焦性对chirp信号的监测和估计具有很好的作用。因此,在信号检测与参数估计中,我们的基本思路是以旋转角口为变量进行扫描,求出观测信号所有阶次的分数阶Fourier变换,于是形成信号能量在由分数阶域U和分数阶次P组成的二维参数平面上的分布。然后,我们按域值在在此平面上进行二维搜索,找出最大峰值位置。并根据最大峰值坐标可以检测出chirp信号,并估计出峰值所对应的分数阶次P和分数阶域坐标,估计出信号的参数。

    1.2分集接收

    分集接收是利用信号和信道的性质,将接收到的多径信号分离成互不相关的多路信号,然后将多径衰落信道分散的能量更有效的接收起来,处理之后进行判决,从而达到抗衰落的目的。本文采用分集合并技术,即取出那些幅度明显大于噪声背景的多径分量,对它们进行延时相加,使之在某一时刻对齐并按一定的准则合并,提高多径分集的效果。在通信系统中,RAKE接收机由N个并行相关器和个合并器组成,每个相关器与发射信号的一个多径分量匹配。在N个相关器前增加时移单元,就可在时间上将所有分量对齐,从而采用相同的本地参考信号。然后,相关器组的输出送给合并器,将合并器输出的判决变量送到检测器进行判决。最后,根据接收机使用的不同合并方法,在选择性合并方式下,在多支路接收信号中,选取信噪比最高的的支路信号作为输出信号。

    1.3峰值输出

    信噪比系数呈现出一个典型的振荡特性,且振荡频率与振荡幅度与时频面的旋转角度和输入信号相关。因此在采用分数阶Fourier变换技术的实际使用中,在进行近似计算处理时需要特别注意,必须对近似处理带来的误差进行评估。

    2、ATP系统在光通信系统中的应用

    随着科技发展的日新月异,自由激光空间光通信已经成为现代通信技术发展的新热点。但从技术实现方面来讲,由于激光通信具有信号光束窄、发散角小这样的特点,从而导致APT(Acquisition Pointing Tracking)捕获、跟踪、瞄准相距较远的运动体上的较窄信号光束相当困难。ATP系统是由粗跟踪和精跟踪单元构成的复合跟踪系统,其主要功能是在粗跟踪单元实现初始的捕获和跟踪,并将信标光引入精跟踪的视场范围内,然后精跟踪单元实现更高带宽的跟瞄,再将信标光稳定在可通信的视场之内,为最终空间站光通信系统工程实现奠定了一定的技术基础。

    2.1粗跟踪单元

    粗瞄准单元由一个安装在精密光机组件上的收发天线,万向支架驱动电机以及粗跟踪探测器(CCD)组成,主要作用是捕获目标和完成对目标的粗跟踪。在捕获阶段,粗瞄准机构接收由上位机根据已知的卫星运动轨迹或星历表给出的命令信号,将望远镜定位到对方通信终端的方向上。为确保入射的信标光在精跟瞄控制系统的动态范围内,必须根据粗跟踪探测器给出的目标脱靶量来控制万向支架上的望远镜,使它的跟踪精度必须保证系统的光轴处于精跟踪探测器视场内,从而把信标光引入精跟踪探测器的视场内。

    2.2精跟踪单元

    精跟踪单元的跟踪精度将决定整个系统的跟踪精度,它要求带宽非常高,带宽越高,对干扰的抑制能力就越强,从而可加快系统的反应速度,加强跟踪精度。因此,设计一个高带宽高精度的精跟踪环是整个ATP系统的关键所在。在这一单元我们可采用高帧频、高灵敏度、具有跳跃式读出模式的面阵电荷耦合器件(CCD)传感器。它基于深埋沟道移位寄存器技术,可以获得非常高的读出速率、非常低的噪声和非常高的动态范围。通过由捕获探测器(CCD)和定位探测器(OPI N)组成探测接收单元转换,CCD完成捕获与粗跟踪,并将接收光引导至OPI N上,在OPI N中进行误差信号的检测,从而提高信标光捕捉精度。

    2.3控制单元

    将捕捉的信号经放大、整形和A/D变换处理后,在计算机中按一定的数据分配流程将信号输入。然后通过计算机给出的速度控制信号和加速度控制信号,又经数据分配接口送入D/A转换与处理网络,使伺服电机按要求转动并带动天线转动机构分别在水平和俯仰两个方位转动,以调整天线的位置,达到自动捕获、跟踪、瞄准的目的。

    3、结语

    通信技术的发展促进了社会生活的进步,在未来通信技术的研究上,应不断探索、创新,追求高新技术在通信系统中的应用。

篇11

[论文摘要]由于光纤通信具有损耗低、传榆频带宽、容量大、体积小、重量轻、抗电磁干扰、不易串音等优点，备受业內人士青睐，发展非常迅速，文章概述光纤通信技术的发展现状，并展望其发展趋势。

一、前言

1966年，美籍华人高锟(C.K.Kao)和霍克哈姆(C.A.Hockham)，预见了低损耗的光纤能够用于通信，敲开了光纤通信的大门，引起了人们的重视。1970年，美国康宁公司首次研制成功损耗为20dB/km的光纤，光纤通信时代由此开始。光纤通信是以很高频率(1014Hz数量级)的光波作为载波、以光纤作为传输介质的通信。由于光纤通信具有损耗低、传输频带宽、容量大、体积小、重量轻、抗电磁干扰、不易串音等优点，备受业内人士青睐，发展非常迅速。光纤通信系统的传输容量从1980年到2000年增加了近1万倍，传输速度在过去的10年中大约提高了100倍。

二、光纤通信技术的发展现状

为了适应网络发展和传输流量提高的需求，传输系统供应商都在技术开发上不懈努力。富士通公司在150km、1.3μm零色散光纤上进行了55x20Gbit/s传输的研究，实现了1.1Tbit/s的传输。NEC公司进行了132x20Gbit/s、120km传输的研究，实现了2.64Thit/s的传输。NTT公司实现了3Thit/s的传输。目前，以日本为代表的发达国家，在光纤传输方面实现了10.96Thit/s(274xGbit/s)的实验系统，对超长距离的传输已达到4000km无电中继的技术水平。在光网络方面，光网技术合作计划(ONTC)、多波长光网络(MONET)、泛欧光子传送重叠网(PHOTON)、泛欧光网络(OPEN)、光通信网管理(MOON)、光城域通信网(MTON)、波长捷变光传送和接入网(WOTAN)等一系列研究项目的相继启动、实施与完成，为下一代宽带信息网络，尤其为承载未来IP业务的下一代光通信网络奠定了良好的基础。

(一)复用技术

光传输系统中，要提高光纤带宽的利用率，必须依靠多信道系统。常用的复用方式有：时分复用(TDM)、波分复用(WDM)、频分复用(FDM)、空分复用(SDM)和码分复用(CDM)。目前的光通信领域中，WDM技术比较成熟，它能几十倍上百倍地提高传输容量。

(二)宽带放大器技术

掺饵光纤放大器(EDFA)是WDM技术实用化的关键，它具有对偏振不敏感、无串扰、噪声接近量子噪声极限等优点。但是普通的EDFA放大带宽较窄，约有35nm(1530～1565nm)，这就限制了能容纳的波长信道数。进一步提高传输容量、增大光放大器带宽的方法有：(1)掺饵氟化物光纤放大器(EDFFA)，它可实现75nm的放大带宽；(2)碲化物光纤放大器，它可实现76nm的放大带宽；(3)控制掺饵光纤放大器与普通的EDFA组合起来，可放大带宽约80nm；(4)拉曼光纤放大器(RFA)，它可在任何波长处提供增益，将拉曼放大器与EDFA结合起来，可放大带宽大于100nm。

(三)色散补偿技术

对高速信道来说，在1550nm波段约18ps(mmokm)的色散将导致脉冲展宽而引起误码，限制高速信号长距离传输。对采用常规光纤的10Gbit/s系统来说，色散限制仅仅为50km。因此，长距离传输中必须采用色散补偿技术。

(四)孤子WDM传输技术

超大容量传输系统中，色散是限制传输距离和容量的一个主要因素。在高速光纤通信系统中，使用孤子传输技术的好处是可以利用光纤本身的非线性来平衡光纤的色散，因而可以显著增加无中继传输距离。孤子还有抗干扰能力强、能抑制极化模色散等优点。色散管理和孤子技术的结合，凸出了以往孤子只在长距离传输上具有的优势，继而向高速、宽带、长距离方向发展。

(五)光纤接入技术

随着通信业务量的增加，业务种类更加丰富。人们不仅需要语音业务，而且高速数据、高保真音乐、互动视频等多媒体业务也已得到用户青睐。这些业务不仅要有宽带的主干传输网络，用户接人部分更是关键。传统的接入方式已经满足不了需求，只有带宽能力强的光纤接人才能将瓶颈打开，核心网和城域网的容量潜力才能真正发挥出来。光纤接入中极有优势的PON技术早就出现了，它可与多种技术相结合，例如ATM、SDH、以太网等，分别产生APON、GPON和EPON。由于ATM技术受到IP技术的挑战等问题，APON发展基本上停滞不前，甚至走下坡路。但有报道指出由于ATM交换在美国广泛应用，APON将用于实现FITH方案。GPON对电路交换性的业务支持最有优势，又可充分利用现有的SDH，但是技术比较复杂，成本偏高。EPON继承了以太网的优势，成本相对较低，但对TDM类业务的支持难度相对较大。所谓EPON就是把全部数据装在以太网帧内传送的网络技术。现今95％的局域网都使用以太网，所以选择以太网技术应用于对IP数据最佳的接入网是很合乎逻辑的，并且原有的以太网只限于局域网，而且MAC技术是点对点的连接，在和光传输技术相结合后的EPON不再只限于局域网，还可扩展到城域网，甚至广域网，EPON众多的MAC技术是点对多点的连接。另外光纤到户也采用EPON技术。

三、光纤通信技术的发展趋势

对光纤通信而言，超高速度、超大容量、超长距离一直都是人们追求的目标，光纤到户和全光网络也是人们追求的梦想。

(一)光纤到户

现在移动通信发展速度惊人，因其带宽有限，终端体积不可能太大，显示屏幕受限等因素，人们依然追求陸能相对占优的固定终端，希望实现光纤到户。光纤到户的魅力在于它有极大的带宽，它是解决从互联网主干网到用户桌面的“最后一公里”瓶颈现象的最佳方案。随着技术的更新换代，光纤到户的成本大大降低，不久可降到与DSL和HFC网相当，这使FITH的实用化成为可能。据报道，1997年日本NTT公司就开始发展FTTH，2000年后由于成本降低而使用户数量大增。美国在2002年前后的12个月中，FTTH的安装数量增加了200％以上。在我国，光纤到户也是势在必行，光纤到户的实验网已在武汉、成都等市开展，预计2012年前后，我国从沿海到内地将兴起光纤到户建设。可以说光纤到户是光纤通信的一个亮点，伴随着相应技术的成熟与实用化，成本降低到能承受的水平时，FTTH的大趋势是不可阻挡的。

(二)全光网络

篇12

[作者简介]张竞秋（1974— ），女，吉林长春人，长春理工大学通信工程系，讲师，硕士，研究方向为光纤通信、通信网理论；朴燕（1964— ），女，朝鲜族，吉林吉林人，长春理工大学通信工程系，教授，博士，研究方向为数字图像处理；王宇（1974— ），女，吉林梨树人，长春理工大学通信工程系，副教授，博士，研究方向为数字图像处理。（吉林 长春 130022）

[中图分类号]G642 [文献标识码]A [文章编号]1004—3985（2012）29—0169—02

“光纤通信”课程是电子信息类本科生的一门重要专业主干课程，在培养通信工程、电子科学与技术、电子信息工程等专业人才中占有重要地位。该课程结合光电子和通信技术的飞速发展，系统介绍了现代光纤通信的基本原理、基本概念、基本技术和基本分析设计方法、光纤光缆、通信光器件及光纤通信系统原理等，为学生学习后续的光纤通信设备、光缆线路工程、综合布线工程、宽带接入技术及现代通信技术等通信专业课程奠定基础；同时，对培养学生综合应用以前所掌握的通信系统基本知识、数字通信基本知识等有良好的促进作用。“光纤通信”课程涉及了诸如通信、材料、固体物理、量子力学、电子等众多学科的内容，具有理论基础深、涉及内容广、知识更新快等特点，是一门基础理论与工程实践联系十分紧密的专业课程。

一、“光纤通信”课程多媒体教学的现状

1.过分强调和依赖多媒体。就“光纤通信”课程来说，其内容繁多复杂，课程内容更新较快，而同时由于教学改革的需要，课时普遍不足。在这样的情况下，大部分教师过分追求教学进度和信息量，使得在“光纤通信”的课堂上经常是教师满堂灌，学生眼球跟着多媒体课件如过眼云烟地听课，没有足够的理解和记忆的时间，这样的多媒体教学显然影响学生对知识的掌握。

2.多媒体课堂主导和主体缺失。在“光纤通信”课程多媒体教学的课堂上，教师的主要注意力多数放在了演示和解说上，学生的主要注意力多数也只能约束在被动地接受上。课堂上忽视了教学过程中教师为主导、学生为主体的教学理念。教学过程中，缺少教师和学生的交流互动，课堂气氛单调、枯燥、乏味。这样的课堂氛围会使学生产生厌倦情绪，非常不利于课堂教学。

3.多媒体使用形式单一。光纤通信课程的内容涉及了许多不同类型的知识点，比如理论性较强的光传输的基本概念、定理；实践性较强的光通信器件和设备；前沿性较强的光通信新技术等。但在多媒体教学中反映出来的一个问题是，多媒体教学没有具有针对性地服务于这些不同类型、不同特点的知识点，而只是放电影似的把教师的教学课件在课堂上放映一遍。这样的多媒体教学形式单一，不能很好地服务于光纤通信的课堂教学，无法达到形式与内容的完美统一。

4.多媒体课堂内容安排不尽合理。光纤通信课程涉及的知识面较广，包括了很多学科的知识，如电子、通信、材料、量子力学、固体物理等。这就使得在光纤通信课程的教学过程中必须要很好地把握知识结构和脉络、分清主次和各部分知识之间的关系。而在本课程的多媒体课堂教学中，有很多教师一味地追求内容的广度，凡是与课程内容有牵连的内容，不论学生的接受程度如何统统纳入到多媒体课件中来，这就造成了多媒体课堂喧宾夺主，重点、难点内容不突出，从而使各部分知识点很难在学生的头脑中形成清晰的框架，严重影响了教学效果。

二、“光纤通信”课程多媒体教学的探索

1.适量使用多媒体。毋庸置疑，运用多媒体教学是实现现代化教学的手段之一，但它绝不是教学现代化的全部。多媒体教学主要有两大优点，其一是用多媒体教学比较直观、生动，容易突破重点难点；其二是可以有效扩展课堂容量，提高教学效率，开阔学生视野。光纤通信课程多媒体教学中我们要了解运用多媒体教学的目的，适量地使用多媒体，使之真正成为提高教学质量、增强教学效果的辅助教学手段。在光纤通信的多媒体课堂教学中，多媒体教学目的之一在于要比较直观地反映一些比较难于理解的基本概念、基本理论，例如对于光传输理论中抽象的概念就可以采用动画演示的方法，而在重要公式的推导、重要例题的讲解上则不适合采用多媒体讲解。这样在课堂上才能准确把握课堂节奏，使学生既理解了抽象的基本概念又能跟上教师的思路，掌握公式定理的来龙去脉，从而更好地掌握各个知识点。

2.适时使用多媒体。课堂教学是师生共同活动的过程。在多媒体课堂教学中，教师、学生、教材和媒体四要素必须相互联系，相互制约，形成一个有机的整体，才能达到很好的教学效果。教师是教学过程中的组织者、指导者、帮助者和促进者，而不是知识的灌输者；学生是知识意义的主动建构者，而不是外界刺激的被动接受者和知识的被灌输者；教材中所提供的知识是学生主动建构的对象，而不是教师向学生灌输的内容。媒体是创设学习情境，学生主动学习、协作、探索和完成知识意义建构的认知工具，而不是教师灌输知识的手段和方法。可见多媒体辅助教学仍然要充分发挥教师的主导作用和学生的主体作用，同时突出多媒体教学的辅助功能。“光纤通信”课程既有较强的理论性，又有很强的实践应用背景，要使学生掌握必需的基础理论，同时又具备动手能力，达到应用型人才的培养目标，最大限度地调动学生学习的主动性和积极性，必须采用灵活多样和行之有效的教学方法和教学手段。在“光纤通信”课堂上教师更应注重展开互动式教学，不时地提出一些启发性的问题，让学生思考，进行讨论，打开思维。这样学生置身于“提出问题（带着问题）—分析问题—实际验证（解决问题）—再提出问题” 的循环中，把教师课堂知识的传授过程转化为学生不断解决问题的过程，不仅可以使学生对相关理论有更深刻的认识，而且可以使学生在分析问题、解决问题的能力方面受到训练、得到提高。这就要求在光纤通信的多媒体课堂教学中要适时地使用多媒体，使教与学在不断互动的过程中完成。例如在讲解光纤通信技术起源的内容时要在“光纤技术的起源—光通信的需求—为什么是光纤—有什么用—要解决什么问题”思路的带领下逐步深入。首先通过图片、画面等展现光通信技术的起源，然后提出问题：光通信的需求是什么？为什么是光纤？通过学生和教师的互动交流，最后利用多媒体总结光纤的特点、展示光纤的作用。接下来可以继续就“需要解决什么问题”，结合前面学生已经掌握的知识点展开更进一步的讨论，从而激发学生对后续内容学习的兴趣。

3.科学使用多媒体。“光纤通信”课程教学内容分为光纤传输理论、光器件、光纤通信系统、光纤通信新技术四大部分。采用多媒体教学时应根据各部分知识的特点科学地选择不同形式的多媒体，以便让学生更容易接受并掌握知识。光纤传输理论这部分内容抽象、公式复杂，如光在光纤中传输的波动原理，其公式推导非常烦琐抽象，致使学生理解起来非常困难。在教学过程中可以采用Matlab软件将其中的数学推导及分析过程简化，使相应分析形象具体地展现给学生，使学生能够理解其中抽象的理论知识。光器件部分主要涉及光纤通信中使用的无源光器件，如光连接器、光定向耦合器、分支器光分差复用器、光滤波器、隔离器等，以及有源光器件，如激光器、光探测器、光放大器、全光波长变换器、MEMS器件、光开关、光路由器等。对光器件部分的讲授应尽量采取理论联系实际的教学方式。在专业实验室没有光通信相关光器件的情况下，可以通过多媒体手段向学生展示各类光器件的外观及应用情况，以弥补学生没有感性认识的缺憾。此外，光纤通信技术的发展可以说是伴随着光通信器件技术水平的发展而发展的，因此在多媒体教学过程中应着重介绍这些光器件的近期研发现状及未来发展趋势。光纤通信系统这部分内容分为模拟光纤通信系统和数字光纤通信系统，主要突出设计思想和实际应用，因此最适合采用软件仿真的演示教学法，使学生能够对光纤通信系统的实际应用更直观地了解，提高学生的综合应用能力。为节约课堂占用过多时间，可以采用教师课堂演示仿真过程、讲授建模的基本原理和学生课下自学仿真方法的方式，通过一些简单例子，培养学生对于该部分内容的学习兴趣，加深学生对基本原理的掌握，提高各种通信系统的总体设计能力。对于光纤通信新技术这部分内容，由于光纤通信的发展日新月异，其新技术层出不穷，为有效拓展学生的知识眼界可以在多媒体教学过程中采用如下方式：（1）将搜集到的光纤通信新技术资料以PPT的形式向学生讲授和展示，使学生对该部分内容有具体的了解。（2）视频播放部分专题科教片，之后让学生自由选题撰写文献综述性论文，充分调动学生的自主学习能力。

4.合理安排多媒体。就光纤通信课程来说，由于涉及的知识面较广、技术更新较快，要在有限的课时内既交代清楚基本理论同时又能实时地介绍新材料、新技术、新方法，就要求教师在多媒体课堂教学内容安排上精心设计、合理安排，做到结构框架清晰、教学重点突出、教学难点突破，避免过分追求信息量和新奇特，造成喧宾夺主。例如在光通信用器件课程内容上应简洁清晰地反映各种器件的外部特性和实际应用，而避免涉及过多的器件内部原理；在光通信新技术内容上，应注重采用专题式的按照几大发展方向提纲挈领地介绍，应避免过分追求面面俱到而冲淡了对课程整体方向的把握。

三、“光纤通信”课程多媒体教学效果的体现

在光纤通信课程多媒体教学方法的不断探索和实践过程中，通过合理、适量、适地、适当地使用多媒体，调整多媒体授课方式方法，取得了一些显著的教学效果：一是提高了课堂教学效率，优化了课堂教学结构。对光纤通信课程繁多复杂的知识内容，在48学时有限的教学时间内，多媒体教学的合理应用使得课堂教学结构明显改善、教学效率明显提升。二是突出了课堂教学重点，突破了课堂教学难点。特别是对光纤通信课程中光传输理论内容中较难理解和掌握的基本概念基本理论，课堂效果很好。三是体现了学生的主体地位，突出了教师的主导作用。多媒体教学方法的调整，改善了以往教学中教师学生缺乏互动交流、教学氛围沉闷、枯燥的现象，课堂教学异常活跃。

总之，形式多样的多媒体教学，以其自身具有的直观性、交互性、动态性和多功能等优势，为光纤通信课堂教学提供了崭新的教学手段，在光纤通信课程教学中起着十分重要的作用。但是任何先进的教学手段都必须通过教师才能发挥作用，多媒体教学的使用也必须建立在充分发挥教师这一“活媒体”功能的基础之上。教师应在用好、用活软件上多下工夫；在多方法结合、多手段应用上多做文章；在教学观念、教学思想、教学设计上多用气力，充分发挥和提升多媒体教学的优势，使光纤通信的教学效果进一步提升。

[参考文献]

[1]时书丽，曾子铭.计算机辅助教学在光纤通信专业课程中的应用[J].辽宁大学学报（自然科学版），2006（4）.

[2]裴文彬.多媒体使电类专业课的教学如虎添翼[J].科学大众（科学教育），2011（6）.